Спосіб захисту компресора від помпажу

Спосіб захисту компресора від помпажу, що включає вимірювання параметрів, які характеризують робочий режим компресора, визначають за ним координати робочої точки компресора, визначають віддаленість їх від заданої величини і пропорційно їй змінюють стан органів управління компресора, який відрізняється тим, що вимірюють відповідними давачами перепад тиску на конфузорі нагнітача, швидкість обертів силової турбіни газотурбінного приводу та нагнітача, віброперемі C2 2 89302 1 3 89302 4 вують положення робочої точки нагнітача на оснояке визначають як добуток розрахункового знаві паспортних витратно-напірних характеристик чення віддаленості та поправки на віддаленість. нагнітача з прив'язкою до паспортної лінії границі Надійність захисту даного винаходу забезпепомпажу. Далі розраховують необхідний запас за чується через те, що уточнення положення межі приведеною витратою до границі помпажу, та випомпажу здійснюють періодично, а не тільки в мозначають лінію захисту від помпажу. Потім знаменти, коли компресор потрапляє в помпаж, але чення величин визначеної лінії вводять у пристрій сигнал керування антипомпажним регулятором захисту від помпажу, чим запобігають переходу формують на підставі аналізу перехідних процесів, робочої точки нагнітача в зону небезпечних режичастотних і статистичних характеристик вхідних і мів, попереджаючи виникнення помпажу. Разом з вихідних сигналів частоти обертання компресора, тим, точка входу в зону помпажу, як і робоча точка а оцінку параметрів помпажних явищ визначають нагнітача, постійно змінюється не тільки по відноза співвідношеннями, які пов'язують характеристишенню одна до одної, але і по відношенню до даки вихідного сигналу вібрації компресора з параного значення лінії захисту від помпажу, що вимаметрами помпажу і характеристиками вхідного гає переналагодження такої лінії. сигналу. До головних недоліків цього методу можна віНедоліком таких аналітичних методів ідентиднести: фікації є необхідність математичного опису вхід- необхідність регулярного введення робочої них та вихідних сигналів, наприклад, вібрації або їх точки нагнітача в зону помпажу для уточнення статистичних характеристик. Неточність ідентифіположення границі помпажу та коригування устакації при цьому безпосередньо пов'язана з похибновок спрацювання протипомпажних систем; кою обчислень, неточністю математичного опису - велика похибка розрахунків помпажних харасигналів, обумовленою наявністю завад і нестаціктеристик; онарністю. До того ж слід зазначити, що помпаж - недостатня надійність захисту від помпажу за виникає незалежно від зносу підшипників, неспівдопомогою систем антипомпажного захисту, побувісності валів, відмов в редукторах або інших техдованих на цьому принципі; нологічних відмов. Виникнення помпажних явищ є - необґрунтовані запаси по помажу призводять непередбачуваним та пов'язане із сторонніми техдо перевитрат паливного газу. нологічними впливами, такими як аварійна зупинка [Казакевич В.В. Автоколебания (помпаж) в сусіднього ГПА, зупинка іншої ступені газоперекакомпрессорах. М.: Машиностроение, 1974.] чувальних агрегатів, неспрацювання станційної До методів, що базуються на визначенні викранової арматури. тратно-напірних характеристик, належить спосіб Найбільш близьким до запропонованого виназахисту газоперекачувального агрегату від помпаходу відомий спосіб захисту компресора від помжу [Патент UА№5427, Бюл. №3, 2005р.], за яким пажу [Патент UA №52128, Бюл. №12, 2002р.], згідпроводиться вимірювання поточних значень парано з яким вимірюють комплекс параметрів, які метрів, що характеризують положення робочої характеризують робочий режим компресора, виточки компресора, уточнення і запам'ятовування значають за ним координати робочої точки компположення межі помпажу і формування вихідного ресора, визначають віддаленість їх від заданої сигналу антипомпажного регулятора пропорційно величини і пропорційно їй змінюють стан органів віддаленості робочої точки компресора від межі управління компресора, а саму задану величину помпажу, де уточнення положення межі помпажу коректують у момент початку помпажу заміною виконують шляхом виявлення переходу робочої старого значення на поточне значення координат точки одного чи декількох каналів робочого колеса робочої точки компресора, де поточне значення компресора на неробочу ділянку витратно-напірної віддаленості визначають безперервно із швидкохарактеристики, для чого підключають вихід блока дією, яка перевищує швидкодію органів управління вимірювання вібрації компресора до додаткового і мінімально можливий час виникнення жорсткого входу антипомпажного регулятора, періодично помпажу, на поточному інтервалі часу, відповіднопереводять антипомпажний регулятор у стан корему швидкодії органів управління компресора, викції, поступово знижують частоту обертання компзначають мінімальне значення віддаленості і виресора з темпом, що не перевищує витратного користовують його в якості поточного значення рівня, безупинно виконують цифрову фільтрацію віддаленості при керуванні органами управління. вихідного сигналу блоку вимірювання вібрації комДаний спосіб захисту компресора від помпажу пресора, виділяючи сигнал вібрації, частота якого здійснюється в робочому режимі компресора. При співпадає з частотою обертання компресора, вицьому вимірюють такі параметри, які характеризумірюють амплітуду цього сигналу, вираховують ють флуктуації газового потоку, такі як тиски та поточне відношення значення приросту амплітуди температури газу на вході та виході компресора, до приросту частоти обертання, у момент перечастоту обертів його ротора, густину газу або вищення цього відношення над вибраним максишвидкість звуку в ньому, об'ємну або масову вимальним, реєструють поточне значення розрахунтрату газу на вході або виході компресора. Проте, кової віддаленості як поправку на віддаленість, на компресорних станціях підземних сховищ газу після чого збільшують частоту обертання компреявища, при яких відбуваються пульсації потоку сора до вихідного значення, переводять антипомгазу, що призводять до входження робочої точки пажний регулятор у робочий стан, і далі сигнал нагнітача в нестаціонарний режим роботи, викликерування антипомпажним клапаном формують з кають збільшення вібрації опор нагнітача, осьовий урахуванням уточненого значення віддаленості, зсув вала нагнітача нагнітача, трубопроводів обв'язки; зміну напрямку осьового зусилля на ротор 5 89302 6 нагнітача і силової турбіни, яке стає знакозмінним; зв'язків між процесом розвитку помпажних явищ в циклічну зміну навантаження приводу нагнітача, нагнітачі і взаємозв'язків між розвитком явища як тому вимірювання параметрів, які характеризують процесу помпажу та ступінню впливу його на харатільки флуктуації газового потоку, не є достатнім ктер зміни групи технологічних параметрів, якими для аналізу та встановлення зв'язків між розвитхарактеризується робота компресора газоперекаком помпажних явищ в нагнітачі, та отупінню їх чувального агрегату та його газотурбінного привовпливу на характер зміни технологічних параметду, що дозволить своєчасно сформувати відповідрів, щоб забезпечити підтримання робочої точки ну керуючу дію для систем автоматики ГПА і тим характеристики нагнітача поблизу помпажної зони. самим попередити входження робочої точки нагніРежим роботи нагнітача природного газу постача в зону "жорсткого" або "м'якого" помпажу. тійно змінюється впродовж експлуатації, що виПідтримання робочої точки характеристики накликано зміною споживання газу, складу газу, умов гнітача поблизу помпажної зони дозволить забезнавколишнього середовища, а також зміною техніпечити оптимальний режим роботи компресорної чного стану ГПА. Ці зміни впливають на режим станції з максимальним завантаженням агрегатів і роботи нагнітача і можуть привести його робочу попередити аварійні ситуації. точку на характеристиці в нестійку зону. Крім того, Поставлена задача вирішується завдяки тому, ці зміни можуть вивести з рівноваги систему "нащо у способі захисту компресора від помпажу, гнітач - мережа", що призведе до аварії. Одними з який включає вимірювання параметрів, які харакнайнебезпечнішими порушеннями рівноваги є теризують робочий режим компресора, визначаявища пов'язані з помпажем. Для цих явищ, в пеють віддаленість їх від заданої величини і пропорршу чергу, характерні зміни параметрів потоку газу ційно їй змінюють стан органів управління на лопатях робочого колеса нагнітача. Із збількомпресора, згідно з винаходом, вимірювання пашенням опору мережі робоча точка нагнітача пераметрів, які характеризують робочий режим комресувається по характеристиці нагнітача вліво до пресора, включає вимірювання відповідними дамежі помпажу. В цьому випадку робочому колесу вачами перепаду тиску на конфузорі нагнітача, не стає енергії для проштовхування газу в трубопшвидкості обертів силової турбіни газотурбінного ровід нагнітача. Кількість газу, що передається, приводу та нагнітача, вібропереміщення горизонбуде зменшуватись, на окремих лопатях робочого тального задньої опори нагнітача, вібропереміколеса почнеться зрив потоку газу, що призведе щення вертикального задньої опори нагнітача, до появи в цьому потоці пульсації газу, які відповівібропереміщення горизонтального передньої дають передпомпажним коливанням. Параметри опори нагнітача, вібропереміщення вертикального передпомпажних коливань співпадають з парамепередньої опори нагнітача, осьового зсуву нагнітатрами коливань газу в стаціонарному режимі роча, де вихід кожного давача з'єднаний з відповідботи нагнітача, тому їх важко виділити, і для цього ними входами АЦП сигнали з яких надходять в необхідне спецобладнання. Тривалість передпомпрограмний модуль контроллера, який забезпечує пажного режиму вираховується десятками хвилин, алгоритмічну обробку кожного з сигналів за індивіа перехід в зону помпажу відбувається за долі седуальним каналом та миттєве порівняння кожного кунди. поточного значення сигналу з таблицею попередПри збільшенні кількості зривних зон потоку, ніх значень, що надійшли до контролерного стеку ними охоплюється більша кількість лопатів, які за певний проміжок часу, де вираховується середперестають працювати. Ці зривні зони виходять за нє значення кожного параметру, яке враховується межі робочого колеса та досягають дифузора і алгоритмом для обрахування нового середнього конфузора нагнітача. При цьому задіяні об'єми значення кожного параметра при поступленні кожгазу як в області робочого колеса, так і в самому ного чергового по такту, після чого визначають нагнітачі. коефіцієнт по параметру як співвідношення усереКоливання в потоці газу досягають до 50% і дненого значення певного параметра за таблицею мають гармонійний характер. Цей режим носить стеку до поточного значення контрольованого паназву "м'який" помпаж. Розвиток і збільшення зрираметру від давача, перевищення якого над напевних зон призводить до охоплення близьких обларед відомим коефіцієнтом по певному параметру стей обв'язки нагнітача. При цьому частота коликласифікується алгоритмом як ознака наявності вань збільшується, а потужність зростає. Загроза помпажних коливань по параметру, і заносять в "м'якого" помпажу полягає в тому, що його важко оперативну таблицю запам'ятовування, де при виявити. виникненні не менше чотирьох ознак наявності В режим "жорсткого" помпажу нагнітач входить помпажних відхилень певного параметра і не меу тому випадку, коли хвильовий процес потоку газу нше ніж за чотирма параметрами формується сигохоплює не тільки нагнітач і його контур, але і манал про наявність помпажу в компресорі, який погістраль із сторони всмоктування або нагнітання. дають на виконавчий орган системи Цей режим характеризується великими об'ємами автоматичного керування (САК). перекачуваного газу, що обумовлює різке збільНа підставі експериментальних досліджень шення потужності коливань, яке скоріше призвобуло виявлено, що з понад усіх технологічних падить до аварійних ситуацій. раметрів, які характеризують робочий режим комВ основу винаходу покладено задачу визнапресора, вимірювання та алгоритмічний аналіз чення моменту виникнення та ступінь розвитку таких параметрів як перепад тиску газу на конфупомпажних явищ в нагнітачі компресорного агрегазорі нагнітача, швидкість обертів силової турбіни ту з газотурбінним приводом шляхом алгоритмічгазотурбінного приводу і відповідно - нагнітача, ного аналізу та порівняння причинно-наслідкових вібропереміщення горизонтальне задньої опори 7 89302 8 нагнітача, вібропереміщення вертикальне задньої редньої опори нагнітача, 6 - давач вібропереміопори нагнітача, вібропереміщення горизонтальне щення вертикального передньої опори нагнітача, 7 передньої опори нагнітача, вібропереміщення вер- давач осьового зсуву нагнітача. Вихід кожного тикальне передньої опори нагнітача, осьовий зсув давача з'єднаний з відповідними блоками АЦП, 8, нагнітача, більш за все дають можливість визна9, 10, 11, 12, 13, 14, де вихідні сигнали кожного чити момент настання і ступінь розвитку помпаждавача перетворюються у цифрову форму і надних явищ та їх вплив на характер зміни цієї групи ходять у програмний модуль 22 контроллера, котехнологічних параметрів. жен по індивідуальному каналу, 15, 16, 17, 18, 19, Замкнутий контур регулювання та ідентифіка20, 21, відповідно. ції, що включає давачі, АЦП, програмний модуль Після алгоритмічної обробки у програмному контроллера, виконавчі органи САК, функціонує в модулі контроллера 22 кожного з сигналів, сфородному темпі з керованим ГПА і підтримує його за мований сигнал за кожним параметром про наявдопомогою керувальних дій у оптимальному для ність помпажу в компресорі надходить в систему поточних умов перекачки газу режимі. При зміні автоматичного керування (САК) 23. Одночасно з технологічних параметрів САК повертає ГПА в цим сигнали з 22 надходять в обчислювальну мазаданий стан, при якому робоча точка характерисшину 24, де забезпечується візуальний нагляд тики нагнітача підтримується поблизу помпажної оператора за формуванням сигналів за кожним зони. параметром про наявність помпажу в компресорі. Для постійного коригування стану ГПА слуСпосіб захисту компресора від помпажу реаліжить розроблене авторами програмне забезпезується наступним чином. чення, яке реалізується програмним модулем конВ робочому режимі компресора вимірюють троллера, згідно з яким оцінюються параметри комплекс параметрів, які характеризують технічГПА за результатами спостережень вхідних сигнаний стан ГПА, впливають на режим роботи нагнілів від давачів, миттєво порівнюються з попередтача і можуть привести його робочу точку на харанім обрахованим середнім значенням кожного пактеристиці в нестійку зону. З виходу давача 1 на раметра, яке враховується алгоритмом для відповідний вхід 8 АЦП надходить сигнал про пообрахування нового середнього значення при надточне значення швидкості обертів силової турбіни ходженні наступного по такту за яким визначаєтьгазотурбінного приводу і нагнітача, з виходу 2 дася коефіцієнт параметра, перевищення якого над вача перепаду тиску на конфузорі нагнітача наднаперед заданим, класифікується як ознака наявходить сигнал на канал АЦП 9, з давача 3 віброності помпажних коливань, де при виникненні не переміщення горизонтального задньої опори менше чотирьох ознак наявності помпажних віднагнітача - на канал АЦП - 10, з давача 4 - віброхилень певного параметра і не менше ніж за чотипереміщення вертикального задньої опори нагнірма параметрами, формується сигнал, який перетача - на канал АЦП 11, з давача 5 віброперемідається до керуючого пристрою. Таким чином щення горизонтального передньої опори нагнітача досягається максимальна швидкодія системи за- на канал АЦП 12, з давача 6 вібропереміщення хисту ГПА від помпажу. вертикального передньої опори нагнітача - на каПри виникненні відхилень в кількості меншій нал АЦП 13, з давача 7 осьового зсуву нагнітача ніж по чотирьох аналізованих параметрах, керуюна канал АЦП 14. Сигнали з давачів, перетворені у ча дія алгоритмом не формується, а розглядаєтьвідповідних каналах АЦП в цифрову форму, надся, як випадкові відхилення вхідного сигналу від ходять кожен по відповідному каналу в програмнорми. ний модуль контроллера 22, де здійснюється алКількість у чотири мітки, при яких системою горитмічна обробка кожного з сигналів по формується сигнал "помпаж", пояснюється неодіндивідуальному каналу 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 норідністю одночасного виникнення характерних відповідно, забезпечуючи миттєве порівняння поознак помпажних явищ за всіма параметрами наточного, щойно прийнятого значення з попереднігнітача на різних режимах роботи, а також необми, що надійшли до контролерного стеку програмхідністю забезпечити надійність системи у випадного модуля за певний проміжок часу. На підставі ках неспрацювання давачів або каналів даних, що надійшли від кожного давача програмвимірювання, що призводить до хибних висновків ний модуль контролера визначає середнє значенпро стан ГПА. ня відповідного параметра за цей проміжок часу. Винахід ілюструється кресленням де на Фіг. Кожне наступне поточне значення відповідного наведена структурна схема способу здійснення параметра, що надходить в програмний модуль захисту компресора від помпажу (приклад). від кожного давача по індивідуальному каналу, Система, яка реалізує заявлений спосіб захисспочатку порівнюється із середнім значенням, яке ту компресора від помпажу складається з наступобчислене внаслідок обробки стеку по параметру і них елементів. Група давачів, встановлених на після цього заноситься в таблицю стеку. Це нове газотурбінній установці, що забезпечують вимірюусереднене значення використовується алгоритвання технологічних параметрів роботи компресомом для обрахування наступного чергового в такті ра включає: 1 - давач швидкості обертів силової значення параметра. Занесені в таблицю стеку турбіни газотурбінного приводу і відповідно нагнірезультати обробки по кожному параметру застотача; 2 - давач перепаду тиску газу на конфузорі совують для визначення коефіцієнта параметра нагнітача; 3 - давач вібропереміщення горизонтаКпарам як співвідношення С усередненого значення льного задньої опори нагнітача; 4 - давач вібропеокремого параметра в таблиці стеку до поточного реміщення вертикального задньої опори нагнітача; значення контрольованого параметра від давача 5 - давач вібропереміщення горизонтального пезнач.вхід. 9 89302 10 помпажу за параметром" як передпомпажний стан, С Кпарам . стан "м'якого" помпажу, "жорсткий" помпаж. знач.вхід При виникненні мітки з ознакою помпажних коОбчислений коефіцієнт кожного параметра виливань за параметром, певна мітка фіксується значає ступінь відхилення нового вхідного значеналгоритмом і заноситься в оперативну таблицю ня контрольованого параметра від давача, до усезапам'ятовування міток на час Тстек* таймер. При редненого значення, обчисленого внаслідок виникненні не менше чотирьох міток з ознакою обробки стекової таблиці. наявності помпажних відхилень, не менше як за Отримані експериментальним шляхом значенчотирма параметрами (каналами), формується ня коефіцієнтів Кпарам по кожному параметру заносигнал про наявність помпажу в компресорі газосяться в алгоритм обробки програмного модуля перекачувального агрегату, який подають на викоконтроллера як ознаки виникнення помпажного навчі органи САК 23. Внаслідок впливу на режим стану в нагнітачі та мають відповідний вплив на агрегату виконавчими органами, відбувається ставідповідні вимірювані параметри. Перевищення білізація режиму роботи газоперекачувального окремих, встановлених в алгоритмі порівняння агрегату та віддалення від помпажної зони нагнімеж порогових значень кожного Кпарам класифікутача, що призводить до зняття алгоритмом міток з ється алгоритмом як ознака наявності помпажних ознакою наявності помпажних відхилень. Одночаколивань за параметром і фіксується підняттям сно сигнал поступає з 22 на обчислювальну масигнальної мітки з ознакою ступеню перевищення. шину 24, де здійснюється візуальний нагляд за Умовно мітки класифікуються на три рівні і вивоформуванням сигналів за кожним параметром про дяться алгоритмом "формування ознаки якості наявність помпажу в компресорі. 11 Комп’ютерна верстка М. Мацело 89302 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601